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Aceleradores da Eficiência
Programas de regulamentação promovem o desenvolvimento de tecnologias de redução de emissões e consumo

Por Marcio Ishikawa

Um dos principais focos da indústria automobilística nas últimas décadas tem sido a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias voltadas para o incremento da eficiência energética dos carros. Soluções como a diminuição de perdas e recuperação de energia nos motores, redução de atrito, melhorias aerodinâmicas e a redução de peso – e, nesse último caso, o alumínio aparece como um elemento essencial – estão entre os pilares desse que se tornou um mantra entre as grandes fabricantes mundiais de automóveis nas últimas quatro décadas: melhorar a performance e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de combustível e o nível de emissões de poluentes. Essas conquistas, que beneficiam tanto o consumidor como o meio ambiente, vem sendo aceleradas nos últimos ano pelas regulamentações de consumo de combustível e de emissões de poluentes, principalmente nos Estados Unidos e na Europa.

Mesmo em países como o Brasil, em que esse tipo de regulamentação começou anos mais tarde, a evolução pode ser considerada significativa. Por aqui, começamos herdando tecnologias básicas dos principais centros e hoje os limites de emissão da nossa regulamentação já estão próximos da Europa, como veremos mais adiante. O quadro abaixo mostra a comparação do atual modelo de entrada da Volkswagen, o Up!, com o Gol em seu ano de lançamento, em 1980. O então substituto do Fusca tinha um motor 1,3 litros, 30% superior ao Up!, mas quase metade da potência e um consumo de combustível maior. O Up! ainda tem números de desempenho muito acima do Gol – comparáveis, na época, a modelos equipados com motores bem maiores, como o Opala SS6, com motor de seis cilindros e 171 cavalos.

Gol 1980 Opala SS6 1979 x Up 2016
1.3 gasolina 4.0 gasolina motor 1.0 flex
42 cv 171 cv potência 82/75 cv
24,2 s 10,6 0 a 100 km/h 10,9 s
129 km/h 175 km/h velocidade máxima 189 km/h
12,3 km/l 8,9 km/l consumo urbano 13,8 km/l

Fonte: revista Quatro Rodas (Acervo digital e teste)

American way of saving – Nos Estados Unidos, a principal regulamentação é o CAFE, sigla em inglês para Corporate Average Fuel Economy (Média Corporativa para Economia de Combustível). Sua coordenação é feita pela Administração Nacional de Tráfego e Segurança em Auto-Estradas (National Highway Traffic Safety Administration – NTHSA), que é encarregada de determinar as metas e métodos de cálculo das médias, sob a tutela do Ministério dos Transportes e com a participação da Agência de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency – EPA) e do Departamento de Energia (Department of Energy – DOE). Como o nome diz, trata-se de uma média por marca, considerando todos os modelos vendidos pela empresa naquele país. É importante ressaltar que não é uma média aritmética, simplesmente somando o consumo da frota e dividindo pelo número de carros, mas sim de uma média harmônica, que leva em conta o que foi consumido para percorrer apenas uma milha. Em termos práticos, média harmônica de uma frota de quatro carros com respectivos consumos de 13, 15, 17 e 100  milhas por galão seja pouco inferior a 19 mpg, enquanto a média aritmética resultaria em 36,25 mpg.

Principais tecnologias de eficiência energética nos automóveis Aumento na eficiência
Redução de peso 3 a 4% a cada 5% de redução no peso total
Sistema de desativação dos cilindros 4 a 10%
Turbocompressores e compressores 2 a 6%
Sistema start-stop 2 a 4%
Injeção direta de gasolina 2 a 3%
Abertura e fechamento de válvulas variável 1 a 11%
Marchas adicionais na transmissão 2 a 8%
Transmissão continuamente variável 1 a 7%
Pneus de baixa resistência ao rolamento 1 a 3%

O CAFE foi estabelecido em 1975, em meio à crise do petróleo da década de 70, com o principal objetivo de incentivar as fabricantes de automóveis a reduzir o consumo de combustível de seus produtos. As normas de consumo começaram a vigorar em 1978 para veículos de passageiros e, no ano seguinte, para picapes leves (diferenciadas das picapes pesadas pelo peso, até 2,72 toneladas), com o cálculo das metas para as duas categorias. Atualmente há, ainda, a avaliação dos veículos de passageiros importados e também a determinação, desde 2007, de limites de emissão de poluentes, incluindo aí os veículos pesados, padrões estes determinados pela EPA. A cada ano, as metas ficam cada vez mais rígidas, obrigando as empresas a produzir carros cada vez mais econômicos.  

CAFE – limites (mpg) 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Carros 33.6 34.4 35.2 36.4 38.2 39.6 41.1
Picapes leves 25 25.6 26.2 27.1 28.9 29.1 29.6
Consumo combinado 29.8 30.6 31.4 32.6 34.3 35.1 36.1
 CAFE – limites (mpg) 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
Carros 42.5 44.2 46.1 48.2 50.5 52.9 54.5
Picapes leves 30.0 30.6 32.6 34.2 35.8 37.5 39.3
Consumo combinado 37.1 38.3 40.3 42.3 44.3 46.5 48.7

Se o consumo da frota da fabricante no ano for melhor que a meta estabelecida, ela ganha “créditos” por cada décimo de milha por galão acima da meta – créditos esses que podem ser acumulados para os anos posteriores, retroagidos para compensar déficits de anos anteriores, transferidos de uma frota para outra (de automóveis domésticos para picapes ou carros importados, por exemplo) ou mesmo vendidos para outras fabricantes. Se o consumo ficar acima da meta, a fabricante fica em déficit – e se ela não puder compensá-lo através de créditos, pode optar por pagar em forma de multa.

Highlights da história do CAFE
1973 Embargo do petróleo árabe
1975 Congresso americano determina que a NHTSA regule e melhore o consumo de combustível, fixando como meta 27,5 mpg para os carros em 1985
1986-88 O padrão do CAFE temporariamente cai para 26 mpg
2007 A Suprema Corte Americana determina que a Agência de Proteção Ambiental (EPA) tem autoridade para regular a emissão de CO2 e outros gases que causam efeito estufa
2009 NHTSA e EPA propõe os padrões para o período 2012-2016, com a meta de 34,1 mpg em 2016 para carros e picapes leves
2011 Governo Obama e 13 fabricantes ratificam a proposta de 54,5 mpg em 2025
2012 NHTSA e EPA determinam as regras gerais para o período 2017 a 2025. As metas até 2021 já estão definidas, enquanto as demais, para o período de 2022 a 2025, serão ratificadas até 2020

De aposta à realidade – E é nesse cenário da busca permanente por carros que percorram uma distância maior com um galão de combustível que as montadoras começaram a apostar mais intensamente na redução de peso e o status do alumínio na indústria automobilística mudou. Em 2014, a Ford iniciou as vendas da nova geração da F-150 com carroceria completa em alumínio, tornando-se o primeiro veículo de grande volume – a picape é o modelo mais vendido dos Estados Unidos há décadas – com uso intensivo de alumínio. Até então, o metal era associado apenas ao segmento premium, com um baixo volume de produção. “Quilo por quilo, o alumínio é mais resistente que o aço e as ligas evoluíram muito”, disse o CEO da Ford, Alan Mulally, durante a apresentação do modelo no Salão de Detroit de 2014. Para o executivo, o alumínio não é mais uma aposta, mas sim uma realidade.  “Este material estará presente em outros modelos de grande volume muito em breve.”

De acordo com dados do Departamento de Energia, a versão de entrada da F-150, antes equipada com um motor V6 de 3,5 litros e sustituída na nova geração por uma unidade de 2,7 litros, viu o seu consumo estimado melhorar de 18 mpg para 22 mpg no ciclo combinado. Além de ajudar a Ford a atingir a sua meta no CAFE só com a redução direta de peso, o alumínio tem outros benefícios indiretos, como comentou Francisco Satkunas, conselheiro da SAE Brasil, em entrevista recente ao Aluauto. “Os benefícios da redução de peso com o uso do alumínio não se restringem apenas ao seu peso comparado com o aço”, disse. “Com um carro mais leve, você pode reduzir a cilindrada do motor sem prejudicar o desempenho, adotar amortecedores e molas com uma carga menor e assim por diante, há incontáveis outros benefícios”. Por fim, a redução de peso impacta diretamente também nas emissões de CO2, cuja regulamentação é feita pela Agência de Proteção Ambiental (1 g/mi = 0,625 g/km).

EPA – Limites de emissão de CO2 – (g/milha) 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Carros 261 253 246 235 225 212 202
Picapes leves 352 341 332 317 298 295 285
Consumo combinado 295 286 276 263 250 243 232
EPA – Limites de emissão de CO2 – (g/milha) 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
Carros 191 182 172 164 157 150 143
Picapes leves 277 269 249 237 225 214 203
Consumo combinado 222 213 199 190 180 171 163

A união faz a força – Na Europa, os esforços são parecidos, mas o foco da regulamentação não é o consumo de combustível, e sim o controle da emissão de poluentes, embora as duas variáveis estejam intimamente ligadas. A primeira iniciativa data de 1970, época em que a Comunidade Econômica Européia ainda não tinha a força que tem hoje e era formada apenas por seis países (Alemanha Ocidental, França, Itália, Bélgica, Holanda e Luxemburgo). O impulso definitivo veio depois da queda do Muro de Berlim, já com doze países membros e a criação da norma Euro 1. Anunciada em julho de 1992, ela entrou em vigor no início do ano seguinte. Dentre as exigências estavam a obrigatoriedade da instalação de conversores catalíticos e o estabelecimento dos primeiros limites de emissão de monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e de material particulado (este último, apenas para veículos equipados com motor a diesel), medido pelo peso desses por quilômetro rodado.

A segunda fase do programa, Euro 2, passou a vigorar no começo de 1997, separando os níveis de emissão para veículos a gasolina e a diesel, além de restringir os limites estabelecidos na Euro 1. Já a Euro 3, que entrou em vigor em 2001, modificou a metodologia de testes, eliminando o período de aquecimento do motor e separou as medições de hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio nos motores a gasolina. As normas Euro 4 e Euro 5 vigoraram a partir de 2006 e 2011, respectivamente, focando na redução das emissões dos motores a diesel, primeiro reduzindo emissões de material particulado e de óxidos de nitrogênio, e depois com a introdução do limite de número de partículas para diesel e limite de peso de material particulado para motores a gasolina com injeção direta. A Euro 6, em vigor atualmente, desde setembro de 2015, impôs reduções significativas dos óxidos de nitrogênio e  estabeleceu limites para o número de partículas para os motores a gasolina. Ainda não há data fechada para a próxima regulamentação, mas a expectativa do mercado é que a Euro 7 possa entrar em vigor em 2020.

Limites de emissões das fases do Programa de Padrão de Emissões Europeu (Euro)
Norma EURO – Limites para carros a gasolina Euro 1 (1993) Euro 2 (1997) Euro 3 (2001) Euro 4 (2006) Euro 5
(2011)
Euro 6
(2015)
CO (g/km) 2,72 2,2 2,3 1,0 1,0 1,0
HC + NOx (g/km) 0,97 0,5
HC (g/km) 0,2 0,1 0,1 0,1
NOx (g/km) 0,15 0,08 0,06 0,06
PM (g/km; só injeção direta) 0,005 0,005
PM (x10(11) #/km) 6,0
Norma EURO – Limites para carros a diesel Euro 1 (1993) Euro 2 (1997) Euro 3 (2001) Euro 4 (2006) Euro 5
(2011)
Euro 6
(2015)
CO (g/km) 2,72 1,0 0,64 0,5 0,5 0,5
HC + NOx (g/km) 0,97 0,7 0,56 0,3 0,23 0,17
NOx (g/km) 0,5 0,25 0,18 0,08
PM (g/km) 0,14 0,08 0,05 0,025 0,005 0,005
PM (x10(11) #/km) 6,0 6,0

A regulamentação da Euro também se aplica a veículos comerciais leves e pesados. E, ao contrário do que acontece com as normas do CAFE, em que os veículos que não se adequam às metas podem ser vendidos, mas estão sujeitos à compensações por meio de créditos do fabricante ou pelo pagamento de multas, as normas da Euro são um pré-requisito para que um modelo seja homologado para venda. Mantido o padrão de redução entre as fases do programa, há a expectativa de que o Euro 7 possa representar o início da derrocada dos veículos movidos à diesel naquele continente – que representam 55% da frota atual. Seria necessário um grande investimento no desenvolvimento de tecnologias para o cumprimento das metas, o que poderia encarecer os veículos para um padrão inviável, além de demandar investimento na produção do diesel, que acabaria se refletindo também no preço nos postos de combustível e reduzindo a atratividade dos carros.

O dióxido de carbono também entrou no foco da regulamentação européia. Embora seja considerado de baixa toxicidade, ele é o principal gás causador do efeito estufa e os carros são responsáveis por 12% das emissões na Europa, segundo a Comissão Européia de Ações Climáticas. Uma regulamentação à parte foi aprovada pelo Parlamento Europeu no final de 2013, estabelecendo limite de 95 g de CO2/km para todos os carros de passageiros em 2021, sendo que 95% da produção deve atender a meta já em 2020. Já os veículos comerciais leves têm o limite estabelecido em 147 g de CO2/km em 2020. Tais limites são bastante rígidos (mais que os 107,5 estabelecidos nos Estados Unidos para o mesmo ano), representando redução de um terço da média de emissões dos veículos produzidos em 2012 – e devem ressaltar ainda mais a importância da eficiência energética, da redução de peso nos veículos e, consequentemente, do uso intensivo do alumínio.

gráfico com a perspectiva global de redução de CO2
No Brasil
– Por aqui a regulamentação de emissões de poluentes é feita através do PROCONVE – Programa de controle de emissões veiculares, que abrange automóveis de passageiros, comerciais leves e pesados desde 1986. Em 2003, foi instituído também o PROMOT, Programa de Controle da Poluição do Ar por Motociclos e Veículos Similares. O seu funcionamento é similar ao que acontece na Europa – ou seja, o cumprimento dos limites é um dos pré-requisitos para a homologação de um modelo para venda.

PROCONVE – Limites para veículos leves L1
(1988)
L2 (1992) L3 (1997) L4 (2005) L5
(2009)
L6
(2013)
CO (g/km) 24 12 2 2 2 1,3
HC (g/km) 2,1 1,2 0,3 0,16 0,05 0,05
NOx (g/km) 2 1,4 0,6 0,25 0,12 0,08
CHO (g/km) 0,15 0,03 0,03 0,02 0,02

Entre as fases L1 e L3 nota-se uma queda drástica nos limites, que colocaram o programa brasileiro próximo das metas estabelecidas na Europa. A regulamentação permitiu uma relativa modernização da frota nacional, que até 1988, não tinha nenhum veículo produzido com injeção eletrônica e, em cerca de uma década, eliminou o carburador do catálogo de todas as marcas.

PROCONVE – Principais inovações nas fases do programa
L1 Eliminação de modelos mais poluentes, aprimoramento de modelos em produção. Reciclagem dos gases de escapamento, injeção secundária de ar no coletor de exaustão, implantação de amortecimento de borboleta no carburador e otimização do avanço da ignição
L2 Carburadores assistidos eletronicamente, implementação de catalisadores e injeção eletrônica, devidamente adequadas para o uso com a gasolina misturada ao etanol em proporção única no mundo
L3 Tecnologias para a formação de mistura e controle eletrônico do motor
L4 Otimização da geometria da câmara de combustão e dos bicos de injeção, aumento da pressão da bomba injetora, avanços na injeção eletrônica
L5 Otimização da geometria da câmara de combustão e dos bicos de injeção, aumento da pressão da bomba injetora, avanços na injeção eletrônica
L6 Previsto a utilização de sistemas de autodiagnose em veículos diesel

O Brasil já está no mesmo caminho da Europa no estabelecimento de metas de emissões de CO2. Desde 2013 está em tramitação no Congresso um projeto de lei (PL 5332/2013) que estabelece 95 g de CO2/km a partir de 2020, mesmo limite aprovado na Europa. Diante desse cenário, mais o fato de que a partir de 2017 os benefícios do Inovar-Auto estarão vinculados a redução no consumo de combustível, também é de se esperar que a questão da redução de peso e o uso intensivo do alumínio se tornem ainda mais relevantes.

Fonte: Marcio Ishikawa
 

 

 


 

 

 

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